鋼結構排架縱向地震力計算分析

李寧瑞

【摘要】本文對鋼結構排架縱向地震力計算展開分析探討，并以某實際工程項目作為案例，希望能為同行提供一點幫助。

【關鍵詞】鋼結構排架；縱向地震力；計算；分析

地震是破壞性嚴重的自然災害，在發生之前具有難以預料性，會對人的生命安全、財產安全造成一定損害，因而加強地震預防至關重要。在工廠廠房施工設計過程中，鋼結構排架具有廣泛的應用，該結構本身具有剛度不均等方面的特性，難以保障其良好的力學性能，一旦地震來臨，容易造成塌陷，從而引起不必要的安全事故。為此，有必要對鋼結構排架縱向地震力計算進行分析，希望促進鋼結構排架力學穩定性的不斷提高。

一.工廠廠房概述

某工廠廠房采用鋼結構排架設計，在廠房設計過程中，使用年限應大于50a，廠房應切實具有良好的抗震性能，抗震等級也應切實滿足I級要求。該工廠廠房的結構平面圖如下圖1所示。

圖1 結構平面圖

二.結構動力特性分析

根據SAP2000對鋼結構排架進行相關計算，得到相應的質量參與系數，具體的結論如下表1所示。

表1 鋼筋混凝土主廠房振型質量參與系數

根據上表1的計算結果，我們能夠得知以下結論：第一，I階振型周期為2.01s，表示其為橫向平動，質量參數相對于其他來說較高，能夠達到82%。第二，II階振型周期為1.48s，表示其為縱向平動，質量參數達到了68%，并出現了Z軸轉動的現象。第三，III階振型周期為1.10s，表示其為Z軸轉動，在抗震結構設計計算過程中，對于結構抗震具有較為不利的影響。

三.罕遇地震下結構彈塑性時程計算分析

（一）材料

材料主要包括鋼筋和混凝土兩部分組成。其中，下圖3表示鋼筋三線性模型，在實際分析計算的過程中，充分考慮剛度退化等方面造成的影響，并對實際連接滑移效果進行有效分析[1]。對于混凝土而言，下圖4表示混凝土的骨架曲線，混凝土的構架模型非常符合抗震中心的設計需求。

圖3 鋼筋的clough三線性模型

圖4 混凝土骨架曲線

（二）構件損傷

在鋼結構排架設計計算過程中，應對構件損傷方面加以有效判斷，包括鋼筋拉應變等方面。在構件損傷程度判斷中，應遵循變形程度和構建實際性能之間的關系，做出科學合理的判斷[2]。概括來說，構件損傷包括以下幾個方面：第一，當構件變形僅僅局限于屈服位移，此時損傷程度為輕微損傷。第二，當構件超過屈服位移，此時開始達到近似極限荷載，此時我們可以將這種情況看做中度損傷。在中度損傷發生的過程中，構件的功能不會完全被破壞，因而鋼結構構件也不會產生垮塌等現象，相對來說此時地震帶來的危害仍不是很大，人仍然處于較為安全的狀態。第三，當構件變形已經超過一定的極限值，此時構件變形相當嚴重，結構此時處于即將垮塌的狀態。第四，構件變形遠遠超過極限承受的范圍，此時構件變形垮塌相對較為嚴重。

根據構件損傷相關的分析，我們能得出以下結論：第一，對于構件沒有出現較為嚴重損傷的現象，如果沒有出現非常嚴重的破壞，結構構件能切實具備一定的承載力，不會產生過大的損壞。第二，對于剛結構排架而言，在錯層、煤斗層等部位，容易出現柱損傷，柱損傷的出現，由于框架本身具有的彈性作用，仍然能夠提供拉力，因而起到一定的支撐作用。

四.鋼結構排架縱向地震力分析

根據鋼結構縱向地震力實驗，我們通過對其有效分析，能夠切實得出下述結論：第一，工廠廠房內部結構相對來說錯層較多，而一旦錯層較多，在受到地震作用的情況下，層間位移角容易產生變化，并引發薄弱層的形成，薄弱層一旦形成，承受荷載的能力將會大大降低，非常不利于抗震，為此應對薄弱層進行重點抗震設計，消除地震帶來的影響[3]。第二，通常來說，錯層、煤斗層以及底層部位構件損傷相對較為嚴重，但是絕大多數損傷仍不會造成極其惡劣的影響，因為大多數是中度損傷。但是，在進行設計的過程中，也應充分滿足設計的規范要求，這樣才能將中度損傷得以有效控制，第三，鋼結構排架通過一定的柱間支撐，能夠切實滿足結構剛性需求，也更利于抗震。在鋼結構排架抗震力分析計算過程中，還需要進一步的探索，以促進抗震性能的真正得以有效實現。

結語：

本文淺要分析探討鋼結構排架縱向地震力計算，并提出了自己的一些看法。在工廠廠房建設過程中，鋼結構排架具有較為廣泛的應用。為切實提高鋼結構排架的力學性能，有效避免地震帶來的構件損傷，應切實加強這方面的抗震設計，只有這樣，才能有利于鋼結構排架結構形式的進一步推廣應用，促進我國工業化水平的不斷提高。

參考文獻：

[1]孫永久.鋼結構排架廠房抽柱排架的展開計算分析[J].山西建筑，2012，（10）：41-42.

[2]盛知，周東華，趙惠敏等.確定框架和排架柱計算長度的實用圖表法[J].四川建筑科學研究，2014，（3）：8-14.

[3]蔣理，江科文.單層抽柱鋼結構廠房的結構分析[J].重慶建筑，2010，（3）：32-35.